Vesmírné krystaly časoprostoru: Nová teorie naznačuje původ vzácných černých děr a pozorovatelných singularit

Nová teoretická studie přináší čerstvou podporu myšlence, že matematický vzorec vlnění v geometrii časoprostoru by mohl vést ke vzniku nahých singularit a mikroskopických černých děr.

Nová teoretická studie přináší čerstvou podporu myšlence, že matematický vzorec vlnění v geometrii časoprostoru by mohl vést ke vzniku nahých singularit a mikroskopických černých děr. Toto zjištění posouvá výzkum v oblasti, která fyziky trápí po celá desetiletí.

V roce 1997 Stephen Hawking proslule přiznal porážku v sázce z roku 1991 s teoretickými fyziky Kipem Thornem a Johnem Preskillem ohledně možné existence nahých singularit. Tyto objekty jsou podobné černým dírám, ale postrádají horizont událostí (bod, za který nemůže uniknout světlo ani hmota), což by je činilo pozorovatelnými. Hawking nakonec připustil, že takové objekty by mohly existovat. Důkaz, který Hawkinga přesvědčil, pocházel od fyzika Matthewa Choptuika. Ten v roce 1993 studoval specifické řešení Einsteinových rovnic obecné relativity a ukázal, jak by nahé singularity mohly hypoteticky vzniknout za velmi specifických podmínek.

Choptuik zjistil, že modelováním gravitačního kolapsu jednoduché formy hmoty a jemným doladěním počátečních podmínek lze vytvořit nestabilní stav. Tento teoretický stav se později stal známým jako časoprostorový krystal – samoorganizovaný opakující se matematický vzorec vlnění v geometrii časoprostoru – obsahující singularitu s nekonečnou křivostí (nahou singularitu). Protože by se taková singularita netvořila uvnitř černé díry, mohla by být teoreticky pozorovatelná. Stejně jako fázový přechod z kapalné vody na led je však tento stav křehký, přičemž pole balancuje na hraně mezi rozptýlením do prázdného prostoru nebo vytvořením mikroskopické černé díry.

O existenci takového stavu, byť jen teoreticky, však přetrvávaly značné pochybnosti. Dřívější počítačové simulace měly omezenou přesnost, což ztěžovalo hluboké pochopení jevu. V nové studii, publikované 12. května v časopise Physical Review Letters, vědci matematicky popsali vznik časoprostorových krystalů, nahých singularit a mikroskopických černých děr s vysokou přesností. Podařilo se jim to pomocí analytických metod, které nabízejí hlubší vhled než numerické simulace. Použili matematický trik, kdy nejprve řešili rovnice v nekonečném počtu dimenzí, kde bylo řešení jednoduché, a poté postupně snižovali počet dimenzí na realističtější hodnoty. Tento přístup jim umožnil získat přesné řešení pro jinak velmi složité rovnice obecné relativity.